DE102023003610A1

DE102023003610A1 - Tool head and gear cutting machine for hard skiving or gear skiving

Info

Publication number: DE102023003610A1
Application number: DE102023003610.2A
Authority: DE
Inventors: Nico Troß
Original assignee: Gleason Switzerland AG
Current assignee: Gleason Switzerland AG
Priority date: 2023-09-04
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2025-03-06
Also published as: WO2025051815A1

Abstract

Werkzeugkopf für eine Erzeugung oder Bearbeitung einer um ihre Verzahnungsdrehachse drehenden Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung, eines Werkstücks in der Kinematik des Wälzschälens mittels eines im Werkzeugkopf gehaltenen, um seine Werkzeugdrehachse drehenden Schälwerkzeugs unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel zwischen Verzahnungsdrehachse und Werkzeugdrehachse, mit einer die Orientierung der Werkzeugdrehachse zum Werkzeugkopf definierenden Werkzeughalterung und einer im Werkzeugkopf um ihre Antriebswellendrehachse drehbar gelagerten und für die Verzahnungsbearbeitung drehend angetriebenen Welle, wobei weiter vorgesehen ist eine einer Abweichung der Orientierung der Antriebswellendrehachse von einer unter dem Achskreuzwinkel zu der Verzahnungsdrehachse orientierten Achslage dienenden, gegenüber der zur Antriebswellendrehachse orthogonalen Ebene gewinkelten Orientierung der Werkzeugdrehachse von wenigstens 15° und nicht mehr als 85°.

Tool head for producing or machining a gearing, in particular an internal gearing, of a workpiece in the kinematics of gear skiving by means of a skiving tool held in the tool head and rotating about its tool axis of rotation at an axis crossing angle between the gear axis of rotation and the tool axis of rotation that is different from zero, with a tool holder defining the orientation of the tool axis of rotation to the tool head and a shaft rotatably mounted in the tool head about its drive shaft axis of rotation and driven in rotation for gear machining, wherein there is also provided an orientation of the tool axis of rotation of at least 15° and not more than 85°, which serves to deviate the orientation of the drive shaft axis of rotation from an axis position oriented at the axis crossing angle to the gear axis of rotation and is angled relative to the plane orthogonal to the drive shaft axis of rotation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für eine Erzeugung oder Bearbeitung einer um ihre Verzahnungsdrehachse drehenden Verzahnung, insbesondere Innenverzahnung, eines Werkstücks in der Kinematik des Wälzschälens mittels eines im Werkzeugkopf gehaltenen, um seine Werkzeugdrehachse drehenden Schälwerkzeugs unter einem von Null verschiedenen Achskreuzwinkel Σ zwischen Verzahnungsdrehachse und Werkzeugdrehachse, sowie eine Verzahnungsmaschine zum Wälzschälen oder Hartschälen einer Verzahnung.The invention relates to a tool head for producing or machining a gear rotating about its gear axis of rotation, in particular internal gearing, of a workpiece in the kinematics of gear skiving by means of a skiving tool held in the tool head and rotating about its tool axis of rotation at an axis crossing angle Σ between the gear axis of rotation and the tool axis of rotation that is different from zero, as well as a gear cutting machine for gear skiving or hard skiving of a gear.

Derartige Werkzeugköpfe für das Wälzschälen sind im Stand der Technik bestens bekannt, und beispielsweise in DE 10 2017 011 978 A1 beschrieben. Sie sind üblicherweise drehbar bzw. schwenkbar an einer Schlittenanordnung einer Wälzschälmaschine angebracht, so dass mittels der Einstellung des Drehwinkels dieser drehbaren Halterung auf dem Achskreuzwinkel Σ zwischen Verzahnungsdrehachse und Werkzeugdrehachse die Achskreuzwinkeleinstellung erfolgen kann. Eine typische Achskreuzwinkeleinstellung für das Wälzschälen beträgt z.B. 20°.Such tool heads for skiving are well known in the art, and for example in DE 10 2017 011 978 A1 described. They are usually mounted on a slide arrangement of a gear skiving machine in a rotatable or pivotable manner, so that the axis cross angle setting can be carried out by adjusting the angle of rotation of this rotatable holder on the axis cross angle Σ between the gear rotation axis and the tool rotation axis. A typical axis cross angle setting for gear skiving is 20°, for example.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeugköpfe der eingangs genannten Art vorteilhaft insbesondere daraufhin weiterzubilden, eine größere Flexibilität der Bearbeitung zu erreichen.The invention is based on the object of advantageously developing tool heads of the type mentioned at the outset, in particular to achieve greater flexibility in machining.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung durch eine Weiterbildung eines Werkzeugkopfs der eingangs genannten Art gelöst, die im Wesentlichen gekennzeichnet ist durch eine einer Abweichung der Orientierung der Antriebswellendrehachse von einer unter dem Achskreuzwinkel Σ zu der Verzahnungsdrehachse orientierten Achslage dienenden, gegenüber der zur Antriebswellendrehachse orthogonalen Ebene gewinkelten Orientierung der Werkzeugdrehachse von wenigstens 15° und nicht mehr als 85°.This object is achieved by the invention by a further development of a tool head of the type mentioned at the outset, which is essentially characterized by a deviation of the orientation of the drive shaft axis of rotation from an axis position oriented at the axis cross angle Σ to the gear axis of rotation, angled with respect to the plane orthogonal to the drive shaft axis of rotation of at least 15° and not more than 85°.

Mit der erfindungsgemäßen Konfiguration des Werkzeugkopfes gelingt beim Arbeiten mit weiterhin dem gewünschten Achskreuzwinkel eine Verringerung einer Kollisionsgefahr insbesondere bei der Bearbeitung von Innenverzahnungen, da aufgrund der gewinkelten Orientierung ein Schwenkwinkel für die drehend angetriebene Welle geringer als der Achskreuzwinkel eingestellt werden kann, insbesondere sogar auf Null eingestellt werden kann, d.h. einer zur Werkstückdrehachse paralleler Orientierung. Dadurch ergibt sich eine niedrigere Kragweite für ein achskreuzbedingt immer noch erforderliches Auskragen, und es können zum einen Werkstücke größerer Verzahnungsbreite als in der Standard-Konfiguration des Wälzschälens bearbeitet werden, oder Werkstücke in einem Wunschachskreuzwinkel bearbeitet werden, ohne aufgrund Kollisionsgefahr bei einem unerwünscht geringen Achskreuzwinkel arbeiten zu müssen.The configuration of the tool head according to the invention reduces the risk of collision when working with the desired axis crossing angle, particularly when machining internal gears, since the angled orientation means that a swivel angle for the rotating shaft can be set to be smaller than the axis crossing angle, in particular it can even be set to zero, i.e. an orientation parallel to the workpiece rotation axis. This results in a smaller overhang for a projection that is still required due to the axis crossing, and workpieces with a larger tooth width can be machined than in the standard configuration of gear skiving, or workpieces can be machined at a desired axis crossing angle without having to work at an undesirably small axis crossing angle due to the risk of collision.

Bevorzugt beträgt diese gewinkelte Orientierung zur Ebene nicht mehr als 82°, weiter bevorzugt nicht mehr als 79°, insbesondere nicht mehr als 76°. Ebenfalls wird es bevorzugt, wenn die gewinkelte Orientierung zur Ebene wenigstens 30°, weiter bevorzugt wenigstens 40°, insbesondere wenigstens 50°, sogar wenigstens 56° beträgt. Die gewinkelte Orientierung kann auch 60° oder mehr, 63° oder mehr, auch 66° oder mehr, und könnte in einer Ausgestaltung 70° betragen.Preferably, this angled orientation to the plane is not more than 82°, more preferably not more than 79°, in particular not more than 76°. It is also preferred if the angled orientation to the plane is at least 30°, more preferably at least 40°, in particular at least 50°, even at least 56°. The angled orientation can also be 60° or more, 63° or more, even 66° or more, and could be 70° in one embodiment.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Werkzeughalterung eine Werkzeuglagerung für einen Axialabschnitt einer um die Werkzeugdrehachse drehbaren und drehfest mit dem Schälwerkzeug verbundenen Werkzeugwelle aufweist. Dadurch bleibt weiterhin die Laufsicherheit für die Drehung des Schälwerkzeugs gesichert.In a particularly preferred embodiment, the tool holder has a tool bearing for an axial section of a tool shaft that can rotate about the tool rotation axis and is connected to the peeling tool in a rotationally fixed manner. This ensures that the peeling tool continues to run reliably when rotating.

Die Werkzeugwelle ist somit diejenige Welle, deren Orientierung mit der Werkzeugdrehachse übereinstimmt. Die drehend angetriebene Welle könnte eine Motorspindelwelle sein oder eine mit der Motorspindelwelle gekoppelte Welle, bevorzugt parallel zum Antrieb verlaufend, insbesondere koaxial dazu. Es versteht sich, dass die Werkzeugwelle selbst so kurz wie möglich ausgeführt wird, um einen radialen Versatz von der drehend angetriebenen Welle (radiale Kragweite) gering zu halten.The tool shaft is therefore the shaft whose orientation corresponds to the tool rotation axis. The rotating shaft could be a motor spindle shaft or a shaft coupled to the motor spindle shaft, preferably running parallel to the drive, in particular coaxially to it. It goes without saying that the tool shaft itself is made as short as possible in order to keep the radial offset from the rotating shaft (radial overhang) to a minimum.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine eine Drehung der angetriebenen Welle auf die Werkzeugwelle übertragende Übertragungseinrichtung vorgesehen, welche Drehmoment-übertragend die Drehachsorientierungsänderung ermöglicht. Beispielsweise könnte diese, wie unten ausführlich erläutert, durch ein homokinetisches Gelenk gebildet sein.In a further preferred embodiment, a transmission device is provided which transmits a rotation of the driven shaft to the tool shaft and enables the change in the orientation of the axis of rotation by transmitting torque. For example, as explained in detail below, this could be formed by a homokinetic joint.

Die Realisierung der Übertragungseinrichtung soll bevorzugt mit geringem Anregungsverhalten für eine hohe Synchronisierungsgenauigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück gestaltet sein. In diesem Zusammenhang kann auch daran gedacht werden, die Übertragungseinrichtung unter einer Vorspannung zu halten, etwa im Wege einer Vorspannung eines Zwischengetriebes.The transmission device should preferably be designed with low excitation behavior for high synchronization accuracy between tool and workpiece. In this context, it is also possible to keep the transmission device under a preload, for example by preloading an intermediate gear.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Werkzeugspannvorrichtung zum drehfesten Aufspannen des Schälwerkzeugs auf die Werkzeugwelle vorgesehen. Das Aufspannen eines Schälwerkzeugs kann somit in einer Gestaltung im Wesentlichen so verlaufen wie es der Fachmann vom Aufspannen auf herkömmliche Werkzeugköpfe gewohnt ist, also dem hierfür vorgesehenen und in zahlreichen Ausführungen bekannten Spannsystemen.In a further preferred embodiment, a tool clamping device is provided for clamping the peeling tool onto the tool shaft in a rotationally fixed manner. The clamping of a peeling tool can thus be carried out in a design essentially in the same way as the expert would expect from clamping onto conventional tool heads. is used to, i.e. the clamping systems intended for this purpose and known in numerous designs.

Das Schälwerkzeug kann auf der Werkzeugwelle auch in einfacherer Gestaltung aufgebracht werden, beispielsweise über eine Schraubverbindung und bevorzugt bei Zentrierung des Werkzeugs über eine Schlüsselfläche.The peeling tool can also be attached to the tool shaft in a simpler design, for example via a screw connection and preferably with the tool centered via a wrench flat.

Zudem ist in einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass die Werkzeughalterung in einem Bearbeitungszustand starr mit der Lagerung für die drehend angetriebene Welle verbunden ist, und insbesondere lösbar mit dieser Lagerung verbunden ist. Über die starre Verbindung wird die Steifigkeit des Gesamtsystems und die Laufruhe und somit die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert. Die optional vorgesehene Lösbarkeit kann zusätzlich oder alternativ zum oben angesprochenen Werkzeugwechsel dafür sorgen, dass das Schälwerkzeug auch gemeinsam mit seiner Lagerung gewechselt werden könnte.In addition, in a preferred variant, the tool holder is rigidly connected to the bearing for the rotating shaft in a processing state, and in particular is detachably connected to this bearing. The rigid connection improves the rigidity of the overall system and the smoothness of operation and thus the processing accuracy. The optionally provided detachability can ensure that the peeling tool can also be changed together with its bearing in addition to or as an alternative to the tool change mentioned above.

Bevorzugt ist für die Verbindung ein endseitiger Flansch der Lagerung für die drehend angetriebene Welle mit einer Anlagefläche orthogonal zur Drehachse der drehend angetriebenen Welle vorgesehen, und eine Anlagefläche der Werkzeughalterung verläuft schräg zur Werkzeugdrehachse, grundsätzlich könnte eine solche Schräge jedoch auch umgekehrt vorgesehen sein, bzw. beidseitig eine anteilige Schräge von Anlageflächen vorgesehen sein.Preferably, an end flange of the bearing for the rotating shaft with a contact surface orthogonal to the axis of rotation of the rotating shaft is provided for the connection, and a contact surface of the tool holder runs obliquely to the tool axis of rotation, but in principle such an incline could also be provided the other way around, or a proportional incline of contact surfaces could be provided on both sides.

Eine Verbindung der drehend angetriebenen Welle mit dem Antrieb kann beispielsweise mit an sich bekannten vorhandenen Systemen zum Spannen von Werkzeugschäften erfolgen, beispielsweise über eine HSK-Aufnahme. Gehäuseseitig kann eine Lagerung für die drehend angetriebene Welle über eine Schnittstelle im Werkzeugkopf zur Antriebsseite hin befestigt werden.The rotating shaft can be connected to the drive using existing systems for clamping tool shafts, for example using an HSK holder. On the housing side, a bearing for the rotating shaft can be attached to the drive side via an interface in the tool head.

Insoweit ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ein Zentriermechanismus für die Verbindung Lagerung für die drehend angetriebene Welle und der Antriebsseite des Werkzeugkopfs vorgesehen. Dies erleichtert die Montage und sorgt zudem für eine automatische passgenaue Ankopplung.In this respect, in a further preferred embodiment, a centering mechanism is provided for the connection between the bearing for the rotating shaft and the drive side of the tool head. This facilitates assembly and also ensures an automatic, precise coupling.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die drehend angetriebene Welle von einem am Werkzeugkopf vorgesehenen Antrieb direkt angetrieben ist. So kann die drehend angetriebene Welle die Werkzeugspindel eines Direktantriebs reaktiviert sein, indirekte Antriebe für die drehend angetriebene Welle können jedoch ebenfalls herangezogen werden. Bevorzugt ist jedoch die bereits erwähnte parallele, insbesondere koaxiale Lage der drehend angetriebenen Welle zu einer Antriebswelle, einschließlich ihrer direkten starren koaxialen Ankopplung.In a further possible embodiment, it is provided that the rotating shaft is driven directly by a drive provided on the tool head. The rotating shaft can thus be reactivated by the tool spindle of a direct drive, but indirect drives for the rotating shaft can also be used. However, the already mentioned parallel, in particular coaxial position of the rotating shaft to a drive shaft, including its direct rigid coaxial coupling, is preferred.

In einer bevorzugten Gestaltung ist der Werkzeugkopf gegenüber einem Träger der Verzahnungsmaschine um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ausgeführt. Dies erhöht nochmals die Flexibilität, da trotz eines konstruktiv vorgegebenen festen Werts für die gewinkelte Orientierung der Achskreuzwinkel zwischen Werkzeugdrehachse und Werkstückachse weiter einstellbar bleibt. In anderen Ausgestaltungen kann jedoch auch an maschinenachstechnisch einfacher ausgeführte Maschinen gedacht werden, bei denen der Achskreuzwinkel der Bearbeitung durch die Festlegung der gewinkelten Orientierung festgelegt ist, ggf. jedoch über einen Austausch der Lagerung erreichbar ist.In a preferred design, the tool head is mounted so that it can pivot about a pivot axis relative to a carrier of the gear cutting machine. This further increases flexibility, since despite a structurally specified fixed value for the angled orientation, the axis crossing angle between the tool rotation axis and the workpiece axis can still be adjusted. In other designs, however, machines with a simpler axis design can also be considered, in which the axis crossing angle of the machining is determined by specifying the angled orientation, but can be achieved by replacing the bearing if necessary.

In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass eine überwiegende Richtungskomponente der Antriebswellendrehachse orthogonal zur Schwenkachse (A) verläuft. Insbesondere kann die Antriebswellendrehachse orthogonal zur Schwenkachse verlaufen. In letzterem Falle ergibt sich die übliche Konfiguration (abgesehen von der erfindungsgemäßen gewinkelten Orientierung) von Werkzeugspindel und Schwenkachse. Über nicht orthogonal zur Schwenkachse verlaufende Richtungskomponentenanteile könnte bereits ein konstruktiver Freiwinkel für die Bearbeitung realisiert werden.In this context, it is preferably provided that a predominant directional component of the drive shaft rotation axis runs orthogonal to the swivel axis (A). In particular, the drive shaft rotation axis can run orthogonal to the swivel axis. In the latter case, the usual configuration (apart from the angled orientation according to the invention) of the tool spindle and swivel axis results. A constructive clearance angle for machining could already be realized via directional component parts that are not orthogonal to the swivel axis.

Bei paralleler Orientierung der Drehachse der Antriebswelle und der Werkstückdrehachse wird daran gedacht, dass die Drehachse der drehend angetriebenen Welle bezüglich einer von der Werkstückdrehachse und einer radialen Zustellachse aufgespannten Ebene (in Tangentialrichtung) beabstandet ist.When the rotation axis of the drive shaft and the workpiece rotation axis are oriented parallel, it is considered that the rotation axis of the rotating driven shaft is spaced apart (in the tangential direction) with respect to a plane spanned by the workpiece rotation axis and a radial feed axis.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebswellendrehachse und die Werkzeugdrehachse in parallel zueinander verlaufenden Ebenen verlaufen, insbesondere in der gleichen Ebene liegen. Dies vereinfacht die Ankopplung der Übertragungseinrichtung und erlaubt eine vereinfachte Berechnung der von einer Steuereinrichtung der Verzahnungsmaschine gesteuerten Maschinenachseinstellungen für die Bearbeitung.In a further preferred embodiment, it is provided that the drive shaft rotation axis and the tool rotation axis run in planes parallel to one another, in particular lie in the same plane. This simplifies the coupling of the transmission device and allows a simplified calculation of the machine axis settings for machining controlled by a control device of the gear cutting machine.

Wie oben bereits angedeutet, stehen mehrere Möglichkeiten bereit, um das Drehmoment über den Winkel hinweg zu übertragen. Besonders bevorzugt kommt ein homokinetisches Gelenk zum Einsatz, oder ein Getriebe. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus der Länge der Werkzeugwelle zu Durchmesser der in Werkzeugdrehachsenrichtung verlaufenden Werkzeugwelle nicht kleiner ist als 0,4, bevorzugt nicht kleiner als 0,6, insbesondere nicht kleiner als 0,8. Dieses Verhältnis sollte bevorzugt nicht größer sein als 5, insbesondere als 4. Dies stabilisiert die Lagerung und erhöht die Laufruhe.As already indicated above, there are several options available for transmitting the torque across the angle. A homokinetic joint or a gear is particularly preferred. In a preferred embodiment, a ratio of the length of the tool shaft to the diameter of the tool shaft running in the direction of the tool rotation axis is not less than 0.4, preferably not less than 0.6, in particular not less than 0.8. This ratio should preferably not be greater than 5, in particular 4. This stabilizes the bearing and increases smoothness.

Die Lagerung der Werkzeugwelle wie auch die Lagerung der drehend angetriebenen Welle im Werkzeugkopf ist zur Verminderung dynamischer Anregungsverhalten möglichst steif auszugestalten. Die entsprechenden Wellendurchmesser werden ideal so groß wie möglich gewählt, um zudem möglichst torsionssteife Wellen zu erhalten. In diesem Zusammenhang wird auch an Materialien mit einem hohen Elastizitätsmodul gedacht. Die Gesamtgestaltung aus drehend angetriebener Welle, Übertragungseinrichtung und Werkzeugwelle wird bevorzugt in kompakter Bauweise ausgeführt, insbesondere wenn es um die Bearbeitung von Innenverzahnungen mit kleinem Teilkreisdurchmesser geht.The bearings of the tool shaft and the bearings of the rotating shaft in the tool head should be designed to be as rigid as possible to reduce dynamic excitation. The corresponding shaft diameters are ideally chosen to be as large as possible in order to obtain shafts that are as torsionally rigid as possible. In this context, materials with a high modulus of elasticity are also considered. The overall design of the rotating shaft, transmission device and tool shaft is preferably carried out in a compact construction, especially when it comes to machining internal gears with a small pitch diameter.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus dem Durchmesser der Werkzeugwelle und dem Durchmesser des (Schäl-)Werkzeugs nicht geringer ist als 0,17, bevorzugt als 0,24, insbesondere als 0,3 und/oder nicht größer als 0,75, bevorzugt als 0,67, insbesondere als 0,6. Ebenfalls ist bevorzugt vorgesehen, dass die Länge der Werkzeugwelle geringer ist als die Länge der drehend angetriebenen Welle, bevorzugt mit wenigstens einem Faktor 0,8, weiter bevorzugt 0,6, insbesondere 0,4.In a further preferred embodiment, it is provided that a ratio of the diameter of the tool shaft and the diameter of the (peeling) tool is not less than 0.17, preferably than 0.24, in particular than 0.3 and/or not greater than 0.75, preferably than 0.67, in particular than 0.6. It is also preferably provided that the length of the tool shaft is less than the length of the rotationally driven shaft, preferably by at least a factor of 0.8, more preferably 0.6, in particular 0.4.

Dies ergibt eine günstige Kombination aus konstruktiver Stabilität und erfindungsgemäß gewünschtem geringen Auskragen.This results in a favorable combination of structural stability and the small overhang desired according to the invention.

Ebenfalls von der Erfindung unter Schutz gestellt ist eine Verzahnungsmaschine mit einem derartig gestalteten Werkzeugkopf, wie auch in verfahrenstechnischer Hinsicht ein Verfahren des Hartschälens oder Wälzschälens unter Einsatz eines solchen Werkzeugkopfes.Also protected by the invention is a gear cutting machine with a tool head designed in this way, as well as, from a process engineering point of view, a method of hard skiving or gear skiving using such a tool head.

Bevorzugt ist die auf die Werkstückdrehachse bezogene radiale Breite des Werkzeugkopfes einschließlich Werkzeug im Bereich der bearbeiteten Werkstückverzahnungshöhe kleiner als der Kopfkreis der bearbeiteten Innenverzahnung. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass der Werkzeugkopf insbesondere auf Höhe der Übertragungseinrichtung im um den Achskreuzwinkel geneigten Winkel im Hinblick auf die radiale Breite geringer, jedenfalls nicht um mehr als einen Faktor 1,2, insbesondere 1,1 größer ist als die radiale Breite des um den Achskreuzwinkel geneigten Werkzeuges.Preferably, the radial width of the tool head including the tool in relation to the workpiece rotation axis in the area of the machined workpiece toothing height is smaller than the tip circle of the machined internal toothing. In this context, it is provided that the tool head, in particular at the height of the transmission device at an angle inclined about the axis cross angle, is smaller in terms of the radial width, in any case not more than a factor of 1.2, in particular 1.1 larger than the radial width of the tool inclined about the axis cross angle.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Produkt aus der die axiale Breite des Schälrads einschließenden Länge der Werkzeugwelle und dem Sinus des Achskreuzwinkels geringer ist als ein vorgegebener Maximalwert.It is preferably provided that the product of the length of the tool shaft including the axial width of the skiving wheel and the sine of the axis crossing angle is less than a predetermined maximum value.

Dieser Maximalwert ist bevorzugt gegeben durch die Differenz aus der mit einem Werkzeuggeometriefaktor skalierten Wurzel des Außendurchmessers der Werkstückverzahnung und der halben Querabmessung des Werkzeugkopfs im Bereich der drehend angetriebenen Welle auf Höhe der Übertragungseinrichtung.This maximum value is preferably given by the difference between the square root of the outer diameter of the workpiece gearing, scaled with a tool geometry factor, and half the transverse dimension of the tool head in the area of the rotating shaft at the level of the transmission device.

Der Werkzeuggeometriefaktor ist bevorzugt die Wurzel aus der Differenz aus dem Schälrad-Außendurchmesser und der halben Querabmessung des Werkzeugkopfs im Bereich der Werkzeugwelle auf Höhe der Übertragungseinrichtung. In dieser Weise lassen sich günstig auch vergleichsweise breite Innenverzahnungen bearbeiten.The tool geometry factor is preferably the square root of the difference between the outer diameter of the skiving wheel and half the transverse dimension of the tool head in the area of the tool shaft at the level of the transmission device. In this way, even comparatively wide internal gears can be machined cost-effectively.

Es versteht sich, dass die Steuerung einer solchen Verzahnungsmaschine an die Modifikation des Werkzeugkopfes entsprechend angepasst ist, so sind Positionen und Maschinenachsbewegungen in Abhängigkeit der gewinkelten Orientierung und der axialen Abstände von Schälwerkzeug zur Übertragungseinrichtung bzw. Übertragungseinrichtung und axialer Referenz der drehend angetriebenen Welle (etwa Höhe einer maschinenseitigen Schwenkachse) abhängig eingestellt.It is understood that the control of such a gear cutting machine is adapted to the modification of the tool head accordingly, so positions and machine axis movements are set depending on the angled orientation and the axial distances from the skiving tool to the transmission device or transmission device and axial reference of the rotating driven shaft (e.g. height of a machine-side swivel axis).

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen

1 schematisch eine Verzahnungsmaschine mit ihren Maschinenachsen zeigt,
2 eine Darstellung eines Bereichs eines gegenüber einem herkömmlichen Werkzeugkopf wie in 1 Werkzeugkopfes nebst relativer Lage zu einer Innenverzahnung zeigt,
3 und 4 Vergleichssituationen für das herkömmliche Wälzschälen zeigen, und
5 eine Bearbeitung mit einem anderen Achskreuzwinkel als in 2 zeigt.

Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures, of which

1 schematically shows a gear cutting machine with its machine axes,
2 a representation of a region of a tool head compared to a conventional one as in 1 tool head and its relative position to an internal gear,
3 and 4 Show comparison situations for conventional gear skiving, and
5 Machining with a different axis cross angle than in 2 shows.

Bei der in 1 dargestellten Werkzeugmaschine handelt es sich um eine für eine Schälbearbeitung mit einem Schälrad S ausgelegte Maschine 100. Werkstückseitig weist die Maschine 100 einen im Maschinenbett 90 drehbar angetrieben gelagerten Werkzeugtisch 80 auf, in dem ein in 1 nicht dargestelltes, zu bearbeitendes Werkstück, beispielsweise mit einer zu bearbeitenden Innenverzahnung, um die werkstückseitige Maschinendrehachse C1 drehbar aufspannbar ist.At the 1 The machine tool shown is a machine 100 designed for skiving with a skiving wheel S. On the workpiece side, the machine 100 has a tool table 80 which is rotatably mounted in the machine bed 90 and in which a 1 A workpiece (not shown) to be machined, for example with an internal gear to be machined, can be clamped to rotate about the workpiece-side machine rotation axis C1.

Werkzeugseitig weist die Maschine 100 eine lineare Maschinenachse X1 für eine bezüglich des Werkstücks radiale Positionierbewegung des Werkzeugs auf, eine Achse Z1 für eine Bewegung des Werkzeugs entlang der Axialrichtung der Tischachse C1, und eine Achse Y1 für eine tangentiale Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück. Diese linearen Achsen X1, Z1 sind rechtwinklig zueinander und werden über eine Schlittenanordnung 70 realisiert, bei der ein Linearschlitten 72 für die X1-Bewegung einen Vertikalschlitten 74 für die Z1-Bewegung trägt. Der das Werkzeug S tragende Werkzeugkopf 78, der in diesem Ausführungsbeispiel auch einen CNC-Antrieb als Direktantrieb für die Werkzeugdrehung mit Drehachse B1 trägt, ist mit einem Linearschlitten 76 für die Tangentialbewegung Y1 beweglich. Der Tangentialschlitten 76 ist jedoch am Vertikalschlitten 74 drehbar gelagert mit Schwenkachse A1 angeordnet, so dass dessen Schlittenbewegung nur in der in der 1 gezeigten Stellung horizontal verläuft, und ansonsten gegenüber der Z1-Achse um den eingestellten Schwenkwinkel A1 geneigt ist.On the tool side, the machine 100 has a linear machine axis X1 for a radial positioning movement of the tool with respect to the workpiece, an axis Z1 for a movement of the tool along the axial direction of the table axis C1, and an axis Y1 for a tangential relative movement between the tool and the workpiece. These linear axes X1, Z1 are at right angles to one another and are implemented via a slide arrangement 70, in which a linear slide 72 for the X1 movement carries a vertical slide 74 for the Z1 movement. The tool head 78 carrying the tool S, which in this embodiment also carries a CNC drive as a direct drive for the tool rotation with rotation axis B1, is movable with a linear slide 76 for the tangential movement Y1. The tangential slide 76 is, however, rotatably mounted on the vertical slide 74 with a pivot axis A1, so that its slide movement is only in the direction specified in the 1 shown position is horizontal, and otherwise is inclined relative to the Z1 axis by the set swivel angle A1.

Soweit bisher beschrieben handelt es sich bei der Verzahnungsmaschine in 1 um eine aus dem Stand der Technik bekannte Vertikalmaschine (vertikale Werkstückdrehachse). Die Erfindung betrifft eine Modifizierung des Werkzeugkopfes 78, die Grundkonstruktion und Maschinenachsen C1, X1, Y1, Z1, A1 könnten ohne Weiteres auch in einer Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Gestaltung eingesetzt werden, die Erfindung hinsichtlich der Grundgestaltung nicht auf Vertikalmaschinen oder bestimmte Maschinenachsanordnungen beschränkt und könnte auch als beispielsweise Horizontalmaschine ausgeführt werden, oder auch mit einer geringeren Anzahl an Maschinenachsen. Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Werkzeugkopf 78' mit neu vergebenen Bezugszeichen 7 erläutert:As described so far, the gear cutting machine in 1 a vertical machine known from the prior art (vertical workpiece rotation axis). The invention relates to a modification of the tool head 78, the basic construction and machine axes C1, X1, Y1, Z1, A1 could also be used in a configuration for the design according to the invention without any problems, the invention is not limited to vertical machines or certain machine axis arrangements with regard to the basic design and could also be designed as a horizontal machine, for example, or with a smaller number of machine axes. The tool head 78' according to the invention is explained below with newly assigned reference numeral 7:

Der Werkzeugkopf 7 ist zusammen mit einem innenverzahnten Werkstück W in 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Werkzeugkopf 7 abgewinkelt ausgeführt ist, mit einem dem Schälrad S nahen zweiten Abschnitt 7b, der eine Orientierung der Werkzeugdrehachse S1 zum Werkzeugkopf 7 definierende Werkzeughalterung bildet, und einem daran anschließenden ersten Abschnitt 7a, der eine Lagerung für die motorisch drehend angetriebene Welle 6 bildet. Diese kann wie bei Wälzschälmaschinen üblich durch einen Werkzeugspindelantrieb (direkt angetrieben) gebildet sein.The tool head 7 is mounted together with an internally toothed workpiece W in 2 It can be seen that the tool head 7 is designed at an angle, with a second section 7b close to the skiving wheel S, which forms a tool holder defining an orientation of the tool rotation axis S1 to the tool head 7, and an adjoining first section 7a, which forms a bearing for the motor-driven shaft 6. This can be formed by a tool spindle drive (directly driven), as is usual with gear skiving machines.

Der zweite Abschnitt 7b ist am ersten Abschnitt 7a angeflanscht und könnte auch durch einen weiteren, insbesondere unterschiedlichen zweiten Abschnitt (nicht dargestellt) ersetzt werden.The second section 7b is flanged to the first section 7a and could also be replaced by a further, in particular different second section (not shown).

Man erkennt aus 2, dass zwischen der Werkzeugdrehachse S1 (entsprechend der Orientierung der Werkzeugwelle 4) und einer Ebene orthogonal zur Antriebswellendrehachse B1 (orientiert entsprechend der drehend angetriebenen Welle 6) ein Winkel φ von 70° eingestellt ist. Die Orientierung der drehend angetriebenen Welle 6 zur Werkstückdrehachse C1 ist gleich wie in 1 orientiert, so dass eine Verzahnungsbearbeitung unter einem Achskreuzwinkel Σ von 20° erfolgen kann.You can see from 2 that an angle φ of 70° is set between the tool rotation axis S1 (corresponding to the orientation of the tool shaft 4) and a plane orthogonal to the drive shaft rotation axis B1 (oriented according to the rotating driven shaft 6). The orientation of the rotating driven shaft 6 to the workpiece rotation axis C1 is the same as in 1 oriented so that gear machining can be carried out at an axis crossing angle Σ of 20°.

Indem ein orientierungsabweichendes Auskragen bezüglich der Orientierung der Werkstückdrehachse nur in dem zweiten Abschnitt 7b erfolgt, und nicht der gesamte Werkzeugkopf 7 über ein Verschwenken (um z.B. die herkömmliche Drehachse A1) auskragen muss, um eine Verzahnung unter einem Achskreuzwinkel von hier beispielsweise Σ=20° bearbeiten zu können, ist die Kollisionsgefahr deutlich geringer als beim herkömmlichen Wälzschälen. Anhand der 3 und 4 ist anschaulich verdeutlicht, dass es beim herkömmlichen Wälzschälen für die Bearbeitung eines vergleichbaren Werkstücks bereits zu einer Kollision käme (3), bzw. unter einem deutlich niedrigeren Achskreuzwinkel Σ_c gearbeitet werden müsste, um eine Kollision zu vermeiden (4). Insoweit wird durch die Erfindung eine höhere Flexibilität des Wälzschälverfahrens hinsichtlich potentiell überhaupt bearbeitbarer Werkstücke erhöht wie auch hinsichtlich einer größeren Auswahlmöglichkeit an Achskreuzwinkeln der Bearbeitung.As a projection with a different orientation with respect to the orientation of the workpiece rotation axis only takes place in the second section 7b, and the entire tool head 7 does not have to be projected by pivoting (for example around the conventional rotation axis A1) in order to be able to machine a gear at an axis crossing angle of, for example, Σ=20°, the risk of collision is significantly lower than with conventional skiving. 3 and 4 It is clearly illustrated that conventional gear skiving would already result in a collision when machining a comparable workpiece ( 3 ), or at a significantly lower axis crossing angle Σ _c to avoid a collision ( 4 ). In this respect, the invention increases the flexibility of the skiving process with regard to potentially machineable workpieces as well as with regard to a larger selection of axis crossing angles for machining.

Ebenfalls aus 2 erkennbar ist, dass die Drehachse B1 der angetriebenen Welle 6 tangential um ΔY gegenüber der Werkstückdrehachse C1 versetzt ist, so dass eine Bearbeitung im Achskreuzpunkt von S1 und C1 erfolgen kann (mittige Bearbeitung). Es versteht sich jedoch, dass auch außermittige Bearbeitungen vorgenommen werden können, etwa durch tangentialen Shift oder auch durch eine Komponente der Winkelebene des Winkels φ orthogonal zur Papierebene von 2 (Ebene orthogonal zu einer Radialachse X1).Also from 2 It can be seen that the rotation axis B1 of the driven shaft 6 is tangentially offset by ΔY from the workpiece rotation axis C1, so that machining can be carried out at the axis intersection point of S1 and C1 (central machining). However, it is understood that off-centre machining can also be carried out, for example by tangential shift or by a component of the angular plane of the angle φ orthogonal to the paper plane of 2 (Plane orthogonal to a radial axis X1).

Aus der Darstellung von 5 ist zu erkennen, dass mit dem Werkzeugkopf 7 aus 2 auch eine Bearbeitung unter einem Achskreuzwinkel Σ von 30° möglich ist, wenn der Teil 7a nochmals um A=10° um die Schwenkachse A1 geschwenkt ist. Hier ist der Achskreuzwinkel Σ aus A+(90°-φ).From the presentation of 5 It can be seen that with the tool head 7 from 2 Machining at an axis crossing angle Σ of 30° is also possible if part 7a is again swiveled by A=10° around the swivel axis A1. Here the axis crossing angle Σ is A+(90°-φ).

In einem weiteren Beispiel (nicht in den Figuren gezeigt) könnte der Werkzeugkopf 7 im Vergleich zu 5 in die Gegenrichtung verschwenkt werden, so dass beispielsweise ein Achskreuzwinkel Σ von 20° auch bei einem Abknickwinkel φ von 60° erreichbar ist, wenn A -10° beträgt.In another example (not shown in the figures), the tool head 7 could be compared to 5 in the opposite direction, so that, for example, an axle crossing angle Σ of 20° can also be achieved with a bend angle φ of 60° if A is -10°.

Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel konkret dargestellten Merkmale eingeschränkt. Vielmehr können die einzelnen Merkmale der nachfolgenden Ansprüche wie auch der obigen Beschreibung einzeln und in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The invention is not limited to the features specifically shown in the embodiment. Rather, the individual features of the following claims as well as the above description, individually and in combination, can be essential for the realization of the invention in its various embodiments.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2017 011 978 A1 [0002]

Claims

Tool head (7) for producing or machining a gearing, in particular an internal gearing, of a workpiece (W) rotating about its gearing axis of rotation (C1) in the kinematics of skiving by means of a skiving tool (S) held in the tool head (7) and rotating about its tool axis of rotation at an axis crossing angle (Σ) different from zero between the gearing axis of rotation (C2) and the tool axis of rotation (S1), with a tool holder (7b) defining the orientation of the tool axis of rotation (S1) to the tool head (7) and a shaft (6) rotatably mounted in the tool head (7) about its drive shaft axis of rotation (B1) and driven in rotation for gear machining, characterized by an orientation (φ) of the drive shaft axis of rotation (B1) which serves to deviate the orientation of the drive shaft axis of rotation (B1) from an axis position oriented at the axis crossing angle (Σ) to the gearing axis of rotation (C1), and which is angled relative to the plane orthogonal to the drive shaft axis of rotation (B1). Tool rotation axis (S1) of at least 15° and not more than 85°.

tool head after claim 1 , in which the tool holder has a tool bearing for an axial section of a tool shaft (4) which is rotatable about the tool rotation axis and rotationally fixedly connected to the peeling tool.

tool head after claim 2 , with a transmission device (5) transmitting a rotation of the rotating driven shaft to the tool shaft (4).

tool head after claim 2 or 3 , with a tool clamping device for the rotationally fixed clamping of the peeling tool onto the tool shaft (4).

Tool head according to one of the preceding claims, in which the tool holder (7b) in a machining state is rigidly connected to the bearing (7a) for the rotationally driven shaft (6), and in particular is detachably connected to this bearing (7a).

tool head after claim 5 , with a centering mechanism for the connection of the bearing (7a) for the rotating driven shaft and the drive side of the tool head.

Tool head according to one of the preceding claims, in which the rotationally driven shaft (6) is directly driven by a drive provided on the tool head.

Tool head according to one of the preceding claims, which is mounted pivotably about a pivot axis (A1) relative to a carrier of a gear cutting machine.

tool head after claim 8 in which a predominant directional component of the drive shaft rotation axis runs orthogonal to the pivot axis (A1).

tool head after claim 8 or 9 in which a predominant directional component of the tool rotation axis runs orthogonal to the swivel axis (A1).

Tool head according to one of the preceding claims, in which the drive shaft rotation axis and the tool rotation axis run in planes parallel to one another, in particular lie in the same plane.

Tool head according to one of the Claims 3 until 11 , in which the transmission device (5) has a constant velocity joint or gear.

Tool head according to one of the preceding claims, in which a ratio of the length of the tool shaft to the diameter of the tool shaft (4) running in the direction of the tool rotation axis is not less than 0.4, preferably not less than 0.6, in particular not less than 0.8. This ratio should preferably not be greater than 5, in particular than 4.

Tool head according to one of the preceding claims, in which a ratio of the diameter of the tool shaft and the diameter of the (peeling) tool is not less than 0.17, preferably than 0.24, in particular than 0.3 and/or not greater than 0.75, preferably than 0.67, in particular than 0.6.

Gear cutting machine (100) for skiving or hard skiving a gear, with a workpiece spindle drive for driving a workpiece, in particular an internally toothed workpiece (W) and a tool head (7) according to one of the Claims 1 until 14 .

Method of hard skiving or roller skiving of a workpiece (W), in particular an internally toothed workpiece, using a tool head (7) according to one of the Claims 1 until 15 , where the product of the length of the tool shaft including the axial width of the skiving wheel and the sine of the axis crossing angle is less than a predetermined maximum value.